Отчёт Департамента энергетики США о стоимости водородного генератора в 2011 году

Стоимость производства автомобильного водородного генератора (состоящего из ячеек с полимерной мембраной и работающего на прямой подаче водорода) ёмкостью 80 кВт в 2011 году составила 49 долларов США за кВт при производстве в количестве 500 000 единиц в год. Такие цифры в своём отчёте за 2011 финансовый год приводит компания Strategic Analysis Inc. Результаты этого отчёта согласуются с данными ежегодных обзоров Департамента энергетики США и Технической команды по созданию автомобильных водородных генераторов, которая считает, что указанный анализ проведён тщательно и точно, и согласна с результатом оценки стоимости производства такого генератора в 49 долларов за кВт, как обоснованной оценки для 2011 года.

При расчёте себестоимости использовалась модель генератора, разработанного Арагонской Национальной лабораторией, с помощью которой прогнозировалась его производительность в зависимости от условий эксплуатации. Использовались сборные электроды, состоящие из новейших наноструктурированных тонких плёнок: тройного слоя катализатора из сплава платины, нанесённого на усиленные мембраны толщиной 25,4 микрон. Для минимизации общей стоимости генератора варьировались четыре его элемента:

В результате экспериментального подбора этих параметров удалось снизить удельную стоимость производства с 51 доллара за кВт в 2010 году до 49 долларов за кВт в 2011. При этом плотность напряжения выросла с 833 мВт/см2 до 1110 мВт/см2.

Ещё ярче динамика снижения стоимости видна при сравнении показателей разных лет. В 2002 году стоимость производства серийного 80-киловаттного водородного генератора составляла 275 долларов за кВт (в ценах 2002 года). Затем она постоянно и интенсивно снижалась до 51 доллара за кВт в 2010 году. Текущий показатель в 49 долларов за кВт на 33% ниже, чем в 2008 году и на 82% меньше, чем в 2002.

За четыре года удельная стоимость серийного водородного генератора снизилась в два раза с 94 доллара за кВт в 2007 году до 49 долларов за кВт в 2011. При этом поверхностная плотность напряжения (эффективность) в два раза увеличилась с 583 мВт/см2 до 1110 мВт/см2 в ценах 2007 и 2011 года соответственно.

И, несмотря на то, что толщина плёнки катализатора в отдельной ячейке увеличилась, за счёт уменьшения размеров батареи общее количество тонких плёнок в устройстве уменьшилось. Затраты на платину все годы были постоянны и составили 1100 долларов за тройскую унцию в ценах 2011 года.

Частично стоимость снизилась за счёт снижения количества тонких плёнок и повышения поверхностной плотности напряжения, что позволило разработать более маленькие и менее дорогие батареи. Стоимость производства также снижалась всё это время главным образом за счёт изменения систем струйного вакуумного насоса и контроля, а также уменьшения размера радиатора охлаждения. Уменьшение размера радиатора стало возможным благодаря улучшениям составляющих генератора, сделавших возможным его работу при более высоких температурах.

Стоимость производства транспортного водородного генератора обратно пропорциональна объёмам производства, например, при выпуске 125000 единиц её уровень оценивается в 60 долларов за кВт, а своего нынешнего минимума в 49 долларов за кВт она достигает при производстве 500000 единиц в год.

Целевым показателем, который Департамент энергетики США установил в 2002 году, является достижение к 2017 году стоимости производства в 30 долларов за кВт в ценах 2002 года. Если перевести достигнутый в 2011 году уровень в 49 долларов за кВт в цены 2002 года, то получится 39 долларов за кВт. Это ещё раз указывает на реальную достижимость такого уровня. Однако, следует учитывать, что указанные расчёты производились в лабораторных условиях исходя из использования новейших компонентов, разработанных в ходе соответствующей программы Департамента энергетики США. Понадобятся дополнительные усилия для внедрения этих компонентов в серийное производство автомобильных водородных электрогенераторов, отвечающих всем требованиям надёжности в реальных условиях эксплуатации.